專(zhuān)利名稱(chēng)：一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置和方法。
背景技術(shù)：
近水面深度測(cè)量和波浪干擾處理技術(shù)成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，采用壓力傳感器測(cè)量航行器的潛深在深水域有著良好的效果，一旦在較淺的水域(近水面)，壓力傳感器進(jìn)入到死區(qū)狀態(tài)，很容易造成測(cè)量數(shù)據(jù)的失真，同時(shí)近水面高海況下波浪的影響，導(dǎo)致了測(cè)量數(shù)據(jù)的有著較大幅度的變化，為后面的控制系統(tǒng)處理帶來(lái)了麻煩，一般的深度測(cè)量方法是在原始深度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，其算法只適合于規(guī)則波的處理。除了通過(guò)壓力傳感器進(jìn)行深度測(cè)量之外，工程上還可以采用聲學(xué)測(cè)量方式，相對(duì)于壓力傳感器來(lái)說(shuō)，速度變化引起航行器耐波性的變化會(huì)對(duì)壓力傳感器產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)壓干·擾，而超聲波測(cè)潛儀能夠適應(yīng)航行器速度的變化，但是聲學(xué)方式測(cè)量在靜水域有著良好的效果，而遇到海浪干擾時(shí)，海洋近水面會(huì)產(chǎn)生較多的氣泡，會(huì)對(duì)聲學(xué)設(shè)備造成很大的干擾，引起測(cè)量數(shù)據(jù)的失真。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置和方法，該裝置結(jié)合液位傳感器和超聲波測(cè)潛儀的優(yōu)勢(shì)，以液位傳感器為主，超聲波測(cè)潛儀為輔，對(duì)海浪進(jìn)行預(yù)估計(jì)和處理，同時(shí)結(jié)合近水面航行器的姿態(tài)傳感器對(duì)兩者數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正和補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)近水面航行器潛深和垂蕩的測(cè)量。本發(fā)明的近水面航行器潛深和垂蕩測(cè)量方法采用液位傳感器、姿態(tài)傳感器及超聲波測(cè)潛儀相結(jié)合的方式對(duì)近水面航行器潛深和垂蕩進(jìn)行測(cè)量；所述兩個(gè)液位傳感器分別布置在近水面航行器的首部和尾部；所述超聲波測(cè)潛儀布置在近水面航行器的中間位置；所述姿態(tài)傳感器布置在近水面航行器的浮心位置。具體測(cè)量步驟為步驟一姿態(tài)傳感器、兩個(gè)液位傳感器以及超聲波測(cè)潛儀接收到數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)采集指令后，將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；且姿態(tài)傳感器和兩個(gè)液位傳感器的輸出頻率相同，均大于超聲波測(cè)潛儀的輸出頻率；步驟二 數(shù)據(jù)處理單元每接收一次超聲波測(cè)潛儀的測(cè)量數(shù)據(jù)后，對(duì)前后兩時(shí)刻間已接收到的其它四組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；分別得到近水面航行器首部潛深的有效數(shù)據(jù)H1，近水面航行器尾部潛深的有效數(shù)據(jù)H2，近水面航行器俯仰角α和近水面航行器的垂向速度
V ；步驟三數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)外界海洋環(huán)境進(jìn)行判斷301 :數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算近水面航行器首尾兩端潛深的實(shí)際偏差ΛΗ=Η1_Η2 ；302 :數(shù)據(jù)處理單元將計(jì)算得到的實(shí)際偏差Λ H與海面沒(méi)有波浪時(shí)近水面航行器首尾兩端潛深的理想偏差進(jìn)行PH對(duì)比，所述PH=LXsina，其中L為近水面航行器的長(zhǎng)度；
若(ΛΗ_ΡΗ)/ΡΗ大于1/3，則初步認(rèn)為有海浪，進(jìn)入步驟304 ;否則，初步認(rèn)為沒(méi)有海浪，直接進(jìn)入步驟402 ；304 :通過(guò)超聲波測(cè)潛儀進(jìn)一步確認(rèn)是否有海浪數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)采集到的當(dāng)前時(shí)刻超聲波測(cè)潛儀的輸出確認(rèn)是否有海浪若超聲波測(cè)潛儀的當(dāng)前輸出失真，則證明航行器正遭遇波浪，進(jìn)入步驟四；若超聲波測(cè)潛儀輸出有效數(shù)據(jù)Η3，則證明沒(méi)有波浪，直接進(jìn)入步驟402。步驟四數(shù)據(jù)融合處理401 :通過(guò)預(yù)處理后的垂向速度V來(lái)判斷近水面航行器在波浪中的位置若垂向速度V的絕對(duì)值小于設(shè)定值，則近水面航行器的真實(shí)潛深H為
權(quán)利要求
1.一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量方法，其特征在于，該方法采用液位傳感器、姿態(tài)傳感器及超聲波測(cè)潛儀相結(jié)合的方式對(duì)近水面航行器潛深和垂蕩進(jìn)行測(cè)量；所述兩個(gè)液位傳感器分別布置在近水面航行器的首部和尾部；所述超聲波測(cè)潛儀布置在近水面航行器的中間位置；所述姿態(tài)傳感器布置在近水面航行器的浮心位置； 具體測(cè)量步驟為 步驟一姿態(tài)傳感器、兩個(gè)液位傳感器以及超聲波測(cè)潛儀接收到數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)采集指令后，將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；且姿態(tài)傳感器和兩個(gè)液位傳感器的輸出頻率相同，均大于超聲波測(cè)潛儀的輸出頻率； 步驟二 數(shù)據(jù)處理單元每接收一次超聲波測(cè)潛儀的測(cè)量數(shù)據(jù)后，對(duì)前后兩時(shí)刻間已接收到的其它四組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；分別得到近水面航行器首部潛深的有效數(shù)據(jù)H1，近水面航行器尾部潛深的有效數(shù)據(jù)H2，近水面航行器俯仰角α和近水面航行器的垂向速度V; 步驟三數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)外界海洋環(huán)境進(jìn)行判斷 301:數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算近水面航行器首尾兩端潛深的實(shí)際偏差ΛΗ=Η1-Η2 ； 302:數(shù)據(jù)處理單元將計(jì)算得到的實(shí)際偏差△ H與海面沒(méi)有波浪時(shí)近水面航行器首尾兩端潛深的理想偏差進(jìn)行PH對(duì)比，所述PH=LXsina，其中L為近水面航行器的長(zhǎng)度； 若(Λ H-PHVPH大于1/3，則初步認(rèn)為有海浪，進(jìn)入步驟304 ;否則，初步認(rèn)為沒(méi)有海浪，直接進(jìn)入步驟402 ； 304 :通過(guò)超聲波測(cè)潛儀進(jìn)一步確認(rèn)是否有海浪 數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)采集到的當(dāng)前時(shí)刻超聲波測(cè)潛儀的輸出確認(rèn)是否有海浪若超聲波測(cè)潛儀的當(dāng)前輸出失真，則證明航行器正遭遇波浪，進(jìn)入步驟四；若超聲波測(cè)潛儀輸出有效數(shù)據(jù)Η3，則證明沒(méi)有波浪，直接進(jìn)入步驟402。
步驟四數(shù)據(jù)融合處理 401 :通過(guò)預(yù)處理后的垂向速度V來(lái)判斷近水面航行器在波浪中的位置 若垂向速度V的絕對(duì)值小于設(shè)定值，則近水面航行器的真實(shí)潛深H為
2.如權(quán)利要求I所述的一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟二中預(yù)處理的四組數(shù)據(jù)分別為姿態(tài)傳感器測(cè)量的近水面航行器俯仰角、垂向速度；兩組液位傳感器測(cè)量的近水面航行器首部和尾部的潛深；預(yù)處理過(guò)程為 201:數(shù)據(jù)處理單元將每組數(shù)據(jù)按大小順序排列后去掉最大值和最小值； 202:數(shù)據(jù)處理單元取經(jīng)步驟201處理后的剩余數(shù)據(jù)的中間值作為預(yù)處理數(shù)據(jù)。
3.—種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置，其特征在于，包括兩個(gè)液位傳感器、姿態(tài)傳感器、超聲波測(cè)潛儀和數(shù)據(jù)處理單元；所述兩個(gè)液位傳感器分別布置在近水面航行器的首尾，用于測(cè)量近水面航行器首尾兩端的潛深；所述超聲波測(cè)潛儀布置在近水面航行器的中間位置，用于測(cè)量近水面航行器上表面與水面的距離；所述姿態(tài)傳感器布置在近水面航行器的浮心位置，用于測(cè)量近水面航行器的俯仰角和垂向速度；所述數(shù)據(jù)處理單元位于近水面航行器的控制艙內(nèi)，采集并處理壓力傳感器、姿態(tài)傳感器和超聲波測(cè)潛儀的測(cè)量數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置，其特征在于，所述姿態(tài)傳感器由陀螺儀和角速度計(jì)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種近水面航行器潛深及垂蕩測(cè)量裝置和方法,該裝置包括超聲波測(cè)潛儀、姿態(tài)傳感器、兩個(gè)液位傳感器和數(shù)據(jù)處理單元。兩個(gè)液位傳感器位于航行器的中軸線上，分別位于在航行器的首尾兩部，測(cè)量航行器首尾兩端的潛深。超聲波測(cè)潛儀布置在近水面航行器的中間位置；測(cè)量航行器上表面與水面間的距離。姿態(tài)傳感器布置在航行器的浮心位置，測(cè)量航行器的俯仰角和垂向速度。數(shù)據(jù)處理單元位于航行器的控制艙內(nèi)，實(shí)時(shí)采集并處理所有傳感器和超聲波測(cè)潛儀的測(cè)量數(shù)據(jù)。該方法結(jié)合液位傳感器和超聲波測(cè)潛儀，以液位傳感器為主，超聲波測(cè)潛儀為輔，結(jié)合航行器的姿態(tài)傳感器對(duì)兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和補(bǔ)償，從而準(zhǔn)確測(cè)量航行器在復(fù)雜環(huán)境下的真實(shí)潛深和垂蕩。
文檔編號(hào)G01B17/00GK102901478SQ20121043707
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者龔喜, 張晉斌, 李小兵, 易谷豐, 邵興 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所